java中的資料結構–ArrayList

java.util
類 ArrayList<E>

java.lang.Object  java.util.AbstractCollection<E>      java.util.AbstractList<E>          java.util.ArrayList<E>

所有已實現的介面：

Serializable,
Cloneable, Iterable<E>,
Collection<E>, List<E>,
RandomAccess

直接已知子類：

AttributeList,
RoleList, RoleUnresolvedList

 

1、什麼是ArrayList
ArrayList就是傳說中的動態數組，用MSDN中的說法，就是Array的複雜版本，它提供了如下一些好處：
動態增加和減少元素
實現了ICollection和IList介面
靈活的設定數組的大小

2、如何使用ArrayList
最簡單的例子：
ArrayList List = new ArrayList();
for( int i=0;i <10;i++ ) //給數組增加10個Int元素
List.Add(i);
//..程式做一些處理
List.RemoveAt(5);//將第6個元素移除
for( int i=0;i <3;i++ ) //再增加3個元素
List.Add(i+20);
Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));//返回ArrayList包含的數組

這是一個簡單的例子，雖然沒有包含ArrayList所有的方法，但是可以反映出ArrayList最常用的用法

3、ArrayList重要的方法和屬性
1）構造器
ArrayList提供了三個構造器：
public ArrayList();
預設的構造器，將會以預設（16）的大小來初始化內部的數組
public ArrayList(ICollection);
用一個ICollection對象來構造，並將該集合的元素添加到ArrayList
public ArrayList(int);
用指定的大小來初始化內部的數組

2）IsSynchronized屬性和ArrayList.Synchronized方法
IsSynchronized屬性指示當前的ArrayList執行個體是否支援線程同步，而ArrayList.Synchronized靜態方法則會返回一個ArrayList的線程同步的封裝。
如果使用非線程同步的執行個體，那麼在多線程訪問的時候，需要自己手動調用lock來保持線程同步，例如：
ArrayList list = new ArrayList();
//...
lock( list.SyncRoot ) //當ArrayList為非線程封裝的時候，SyncRoot屬性其實就是它自己，但是為了滿足ICollection的SyncRoot定義，這裡還是使用SyncRoot來保持原始碼的規範性
{
list.Add( “Add a Item” );
}

如果使用ArrayList.Synchronized方法返回的執行個體，那麼就不用考慮線程同步的問題，這個執行個體本身就是安全執行緒的，實際上ArrayList內部實現了一個保證線程同步的內部類，ArrayList.Synchronized返回的就是這個類的執行個體，它裡面的每個屬性都是用了lock關鍵字來保證線程同步。

3）Count屬性和Capacity屬性
Count屬性是目前ArrayList包含的元素的數量，這個屬性是唯讀。
Capacity屬性是目前ArrayList能夠包含的最大數量，可以手動的設定這個屬性，但是當設定為小於Count值的時候會引發一個異常。

4）Add、AddRange、Remove、RemoveAt、RemoveRange、Insert、InsertRange
這幾個方法比較類似
Add方法用於添加一個元素到當前列表的末尾
AddRange方法用於添加一批元素到當前列表的末尾
Remove方法用於刪除一個元素，通過元素本身的引用來刪除
RemoveAt方法用於刪除一個元素，通過索引值來刪除
RemoveRange用於刪除一批元素，通過指定開始的索引和刪除的數量來刪除
Insert用於添加一個元素到指定位置，列表後面的元素依次往後移動
InsertRange用於從指定位置開始添加一批元素，列表後面的元素依次往後移動

另外，還有幾個類似的方法：
Clear方法用於清除現有所有的元素
Contains方法用來尋找某個對象在不在列表之中

其他的我就不一一累贅了，大家可以查看MSDN，上面講的更仔細
5）TrimSize方法
這個方法用於將ArrayList固定到實際元素的大小，當動態數組元素確定不在添加的時候，可以調用這個方法來釋放空餘的記憶體。
6）ToArray方法
這個方法把ArrayList的元素Copy到一個新的數組中。
4、ArrayList與數群組轉換
例1：
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add(1);
List.Add(2);
List.Add(3);

Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));

例2：
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add(1);
List.Add(2);
List.Add(3);

Int32[] values = new Int32[List.Count];
List.CopyTo(values);

上面介紹了兩種從ArrayList轉換到數組的方法

例3：
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add( “string” );
List.Add( 1 );
//往數組中添加不同類型的元素

object[] values = List.ToArray(typeof(object)); //正確
string[] values = (string[])List.ToArray(typeof(string)); //錯誤

和數組不一樣，因為可以轉換為Object數組，所以往ArrayList裡面添加不同類型的元素是不會出錯的，但是當調用ArrayList方法的時候，要麼傳遞所有元素都可以正確轉型的類型或者Object類型，否則將會拋出無法轉型的異常。

5、ArrayList最佳使用建議
這一節我們來討論ArrayList與數組的差別，以及ArrayList的效率問題
1）ArrayList是Array的複雜版本
ArrayList內部封裝了一個Object類型的數組，從一般的意義來說，它和數組沒有本質的差別，甚

定到實際元素的大小，當動態數組元素確定不在添加的時候，可以調用這個方法來釋放空餘的記憶體。
6）ToArray方法
這個方法把ArrayList的元素Copy到一個新的數組中。
4、ArrayList與數群組轉換
例1：
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add(1);
List.Add(2);
List.Add(3);

Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));

例2：
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add(1);
List.Add(2);
List.Add(3);

Int32[] values = new Int32[List.Count];
List.CopyTo(values);

上面介紹了兩種從ArrayList轉換到數組的方法

例3：
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add( “string” );
List.Add( 1 );
//往數組中添加不同類型的元素

object[] values = List.ToArray(typeof(object)); //正確
string[] values = (string[])List.ToArray(typeof(string)); //錯誤

和數組不一樣，因為可以轉換為Object數組，所以往ArrayList裡面添加不同類型的元素是不會出錯的，但是當調用ArrayList方法的時候，要麼傳遞所有元素都可以正確轉型的類型或者Object類型，否則將會拋出無法轉型的異常。

5、ArrayList最佳使用建議
這一節我們來討論ArrayList與數組的差別，以及ArrayList的效率問題
1）ArrayList是Array的複雜版本
ArrayList內部封裝了一個Object類型的數組，從一般的意義來說，它和數組沒有本質的差別，甚至於ArrayList的許多方法，如Index、IndexOf、Contains、Sort等都是在內部數組的基礎上直接調用Array的對應方法。
2）內部的Object類型的影響
對於一般的參考型別來說，這部分的影響不是很大，但是對於實值型別來說，往ArrayList裡面添加和修改元素，都會引起裝箱和拆箱的操作，頻繁的操作可能會影響一部分效率。
但是恰恰對於大多數人，多數的應用都是使用實值型別的數組。
消除這個影響是沒有辦法的，除非你不用它，否則就要承擔一部分的效率損失，不過這部分的損失不會很大。
3）數組擴容
這是對ArrayList效率影響比較大的一個因素。
每當執行Add、AddRange、Insert、InsertRange等添加元素的方法，都會檢查內部數組的容量是否不夠了，如果是，它就會以當前容量的兩倍來重新構建一個數組，將舊元素Copy到新數組中，然後丟棄舊數組，在這個臨界點的擴容操作，應該來說是比較影響效率的。
例1：比如，一個可能有200個元素的資料動態添加到一個以預設16個元素大小建立的ArrayList中，將會經過：
16*2*2*2*2 = 256
四次的擴容才會滿足最終的要求，那麼如果一開始就以：
ArrayList List = new ArrayList( 210 );
的方式建立ArrayList，不僅會減少4次數組建立和Copy的操作，還會減少記憶體使用量。

例2：預計有30個元素而建立了一個ArrayList：
ArrayList List = new ArrayList(30);
在執行過程中，加入了31個元素，那麼數組會擴充到60個元素的大小，而這時候不會有新的元素再增加進來，而且有沒有調用TrimSize方法，那麼就有1次擴容的操作，並且浪費了29個元素大小的空間。如果這時候，用：
ArrayList List = new ArrayList(40);
那麼一切都解決了。
所以說，正確的預估可能的元素，並且在適當的時候調用TrimSize方法是提高ArrayList使用效率的重要途徑。
4）頻繁的調用IndexOf、Contains等方法（Sort、BinarySearch等方

法經過最佳化，不在此列）引起的效率損失
首先，我們要明確一點，ArrayList是動態數組，它不包括通過Key或者Value快速存取的演算法，所以實際上調用IndexOf、Contains等方法是執行的簡單的迴圈來尋找元素，所以頻繁的調用此類方法並不比你自己寫迴圈並且稍作最佳化來的快，如果有這方面的要求，建議使用Hashtable或SortedList等索引值對的集合。
ArrayList al=new ArrayList();

al.Add("How");
al.Add("are");
al.Add("you!");

al.Add(100);
al.Add(200);
al.Add(300);

al.Add(1.2);
al.Add(22.8);